一種基于動(dòng)態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)和活躍用戶同步的快速定位技術(shù)

黃曉剛 任憲文 李晴飛

海裝上海局駐南京地區(qū)第四軍事代表室

0 引言

不同于地面有線網(wǎng)絡(luò)的固定拓?fù)洌l(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中用戶站具有較強(qiáng)的移動(dòng)性，用戶站存在跨專網(wǎng)、跨衛(wèi)星、跨頻段、跨站點(diǎn)接入移動(dòng)漫游等場景。此外，隨著技術(shù)的演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)融合互補(bǔ)已成為發(fā)展趨勢，未來具有多種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入能力并可自動(dòng)優(yōu)選接入的多復(fù)合終端將成為主流，從而實(shí)現(xiàn)跨專網(wǎng)接入的能力。

目前由于各衛(wèi)星專網(wǎng)獨(dú)立編址，單個(gè)專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)只負(fù)責(zé)本專網(wǎng)的用戶管理。當(dāng)用戶站進(jìn)入其他專網(wǎng)、衛(wèi)星或者歸屬站點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)將無法找到該用戶站，無法完成對(duì)該用戶站的業(yè)務(wù)接入功能。

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不具有地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其地面歸屬站間需要支持根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，并具有故障快速恢復(fù)能力。傳統(tǒng)地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中用戶終端歸屬位置基站的拓?fù)涫枪潭ㄇ椅ㄒ坏模菀仔纬晒收巷L(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，一旦形成，該歸屬基站所記錄的所有終端將無法被服務(wù)。為突破這一困境，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)參考地面移動(dòng)性管理的架構(gòu)，提出了一種基于動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)和活躍用戶數(shù)據(jù)同步的全網(wǎng)移動(dòng)性管理快速定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各衛(wèi)星基站分布式組網(wǎng)和各歸屬位置基站實(shí)時(shí)變化情況下的全網(wǎng)用戶快速尋址，以及用戶關(guān)鍵數(shù)據(jù)基站間一致性同步的方法。

1 動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)

動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)是實(shí)現(xiàn)交換節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化場景下，全網(wǎng)用戶尋址的關(guān)鍵，為衛(wèi)星移動(dòng)設(shè)備完成用戶歸屬位置定位、用戶服務(wù)位置查詢、用戶關(guān)鍵數(shù)據(jù)同步提供了傳輸保障。動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)主要包含應(yīng)用層組播轉(zhuǎn)發(fā)和單播組播混合轉(zhuǎn)發(fā)。

1.1 應(yīng)用層組播轉(zhuǎn)發(fā)

面對(duì)快速組網(wǎng)的使用場景，節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)往往沒有時(shí)間配置鄰居信息，更多可能也不知道鄰居節(jié)點(diǎn)信息，因此在尋址管理中，使用組播技術(shù)在不預(yù)先配置鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下完成設(shè)備的組網(wǎng)互聯(lián)成了唯一可行的選擇。

組播是指在IP網(wǎng)絡(luò)中將數(shù)據(jù)包以盡快傳送的方式發(fā)送到某個(gè)確定的節(jié)點(diǎn)集合（即組播組），其基本思想是源主機(jī)（即組播源）在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將目的地地址指定為D類地址（224.0.0.0—239.255.255.255）中的一個(gè)組播地址，凡是加入此組播組中的所有主機(jī)都可收到相同的此數(shù)據(jù)，而其他未加入的主機(jī)則收不到。

網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)服務(wù)啟動(dòng)后，首先聲明加入這個(gè)組播組，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，尋址管理將數(shù)據(jù)通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)口發(fā)送出去，其他節(jié)點(diǎn)的尋址管理就會(huì)收到此數(shù)據(jù)。多節(jié)點(diǎn)間交換設(shè)備組網(wǎng)（無環(huán)路）如圖1所示。

如圖1所示，A節(jié)點(diǎn)分別與B節(jié)點(diǎn)、C節(jié)點(diǎn)和D節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，當(dāng)A節(jié)點(diǎn)發(fā)送組播數(shù)據(jù)，B節(jié)點(diǎn)、C節(jié)點(diǎn)和D節(jié)點(diǎn)的SLF都會(huì)收到。如果是在D節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，B節(jié)點(diǎn)和C節(jié)點(diǎn)收不到。在此連接關(guān)系中，節(jié)點(diǎn)間無環(huán)路出現(xiàn)，這時(shí)在IP層轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)是沒有問題的。但是在如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)間有環(huán)路出現(xiàn)的情況下，在IP層轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，即數(shù)據(jù)由A發(fā)給B，B轉(zhuǎn)發(fā)給C，C再轉(zhuǎn)發(fā)給A，形成惡性循環(huán)。為了解決這個(gè)問題，可在節(jié)點(diǎn)間交互協(xié)議中增加相應(yīng)控制信息進(jìn)行控制。

圖1 多節(jié)點(diǎn)交換設(shè)備組網(wǎng)（無環(huán)路）

圖2 多節(jié)點(diǎn)交換設(shè)備組網(wǎng)（有環(huán)路）

1.2 單播組播混合轉(zhuǎn)發(fā)

在多數(shù)情況下，網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)服務(wù)使用組播技術(shù)可以完成無預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)信息情況下的節(jié)點(diǎn)間組網(wǎng)，但是由于組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸需要相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持IGMP協(xié)議，且可能IGMP協(xié)議因出現(xiàn)較晚在早期網(wǎng)絡(luò)中不支持、網(wǎng)絡(luò)中路由器未配置組播組，無法轉(zhuǎn)發(fā)或者其他專用網(wǎng)絡(luò)中某些安全因素，組播數(shù)據(jù)無法傳遞。

這時(shí)就需要將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單播數(shù)據(jù)后在不支持組播協(xié)議的鏈路上傳遞，等到達(dá)對(duì)端后，由對(duì)端再將單播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成組播數(shù)據(jù)后在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)。多節(jié)點(diǎn)間交換設(shè)備組網(wǎng)（含不支持組播鏈路）如圖3所示。

圖3 多節(jié)點(diǎn)間交換設(shè)備組網(wǎng)（含不支持組播鏈路）

由D節(jié)點(diǎn)發(fā)送組播數(shù)據(jù)，A在收到此組播數(shù)據(jù)后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。由于C節(jié)點(diǎn)與E節(jié)點(diǎn)間鏈路無法傳遞組播消息，當(dāng)C節(jié)點(diǎn)收到組播消息后進(jìn)行處理，當(dāng)需要C節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)C與E間鏈路無法支持組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這時(shí)C節(jié)點(diǎn)調(diào)用單播接口將要轉(zhuǎn)發(fā)的組播數(shù)據(jù)通過C與E間的單播鏈路發(fā)送，完成組播到單播的轉(zhuǎn)換。

節(jié)點(diǎn)E在其單播接口收到數(shù)據(jù)后，同樣按照上述的流程進(jìn)行處理，當(dāng)需要E轉(zhuǎn)發(fā)此數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)E發(fā)現(xiàn)與節(jié)點(diǎn)F和節(jié)點(diǎn)G之間的接口鏈路均支持組播數(shù)據(jù)傳遞，這時(shí)節(jié)點(diǎn)E將收到的單播數(shù)據(jù)通過調(diào)用組播接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，完成單播到組播的轉(zhuǎn)換。

最終，節(jié)點(diǎn)D發(fā)送的組播數(shù)據(jù)，通過單播與組播的混合轉(zhuǎn)發(fā)后，在存在不支持組播數(shù)據(jù)傳遞的鏈路情況下，由節(jié)點(diǎn)D發(fā)送到了節(jié)點(diǎn)F和節(jié)點(diǎn)G。

2 活躍用戶數(shù)據(jù)同步

網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)服務(wù)完成用戶注冊管理和會(huì)話管理功能，用于用戶簽約數(shù)據(jù)的定位，找到某個(gè)用戶的簽約數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪個(gè)地址管理服務(wù)器中，通過修改和增加相應(yīng)信令過程，確保注冊或注銷的用戶可以在多節(jié)點(diǎn)間冗余備份數(shù)據(jù)、確保成功建立會(huì)話的相關(guān)用戶可以在多節(jié)點(diǎn)間冗余備份數(shù)據(jù)，確保節(jié)點(diǎn)間冗余數(shù)據(jù)一致性。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)被毀或者與此節(jié)點(diǎn)連接的物理鏈路被毀，此節(jié)點(diǎn)下的活躍用戶可以漫游到其他節(jié)點(diǎn)下接受服務(wù)。

在經(jīng)過上面兩個(gè)信令過程之后，網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)保存已經(jīng)注冊和成功建立會(huì)話的用戶數(shù)據(jù)，當(dāng)此用戶的歸屬節(jié)點(diǎn)不能正常工作時(shí)，用戶接入節(jié)點(diǎn)直接根據(jù)本地用戶冗余數(shù)據(jù)提供服務(wù)，完成接入地服務(wù)功能。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)一般以專網(wǎng)實(shí)施業(yè)務(wù)組織和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，與地面網(wǎng)絡(luò)基站式通信極其相同，從而無法克服網(wǎng)絡(luò)基站式節(jié)點(diǎn)損壞或者用戶快速移動(dòng)后更換基站式節(jié)點(diǎn)的問題。提出的基于動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)和活躍用戶數(shù)據(jù)同步的全網(wǎng)移動(dòng)性管理快速定位技術(shù)，在專網(wǎng)分布式部署統(tǒng)一管控的基礎(chǔ)上構(gòu)建了統(tǒng)一的邏輯架構(gòu)；通過歸屬節(jié)點(diǎn)位置信息的快速轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)各歸屬節(jié)點(diǎn)用戶信息的快速更新，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶全網(wǎng)的快速尋址；通過關(guān)鍵數(shù)據(jù)在基站之間的定時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)歸屬節(jié)點(diǎn)間重要數(shù)據(jù)的備份和業(yè)務(wù)通信數(shù)據(jù)的定時(shí)觸發(fā)更新，保證用戶尋址信息的有效拓?fù)?。由以上各?xiàng)功能，可以解決移動(dòng)用戶快速定位的痛點(diǎn)難點(diǎn)，從而使衛(wèi)星用戶快速進(jìn)行業(yè)務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)有效通信。

該技術(shù)還需要考慮各歸屬基站之間地面網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通性，通過地面光纖或者專用網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，滿足信息轉(zhuǎn)發(fā)的物理途徑。對(duì)于分布式部署的用戶信息，建立數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)可靠存儲(chǔ)和信息快速分發(fā)，還得考慮數(shù)據(jù)庫的軟件架構(gòu)和硬件部署，這些已經(jīng)步入工程化實(shí)施和驗(yàn)證階段。